特許 7196930 電波中継器及び通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】電波中継器及び通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/145 20060101AFI20221220BHJP

   H01Q 21/28 20060101ALI20221220BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20221220BHJP

   H01Q 1/22 20060101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

H04B7/145

H01Q21/28

H01Q1/52

H01Q1/22 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020553860

(86)(22)【出願日】2019-10-25

(86)【国際出願番号】 JP2019042017

(87)【国際公開番号】W WO2020090682

(87)【国際公開日】2020-05-07

【審査請求日】2021-04-08

(31)【優先権主張番号】P 2018205585

(32)【優先日】2018-10-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(74)【代理人】

【識別番号】100145023

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 学

(72)【発明者】

【氏名】有海 仁章

【審査官】前田 典之

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－０８４１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０７２６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６４４８９３０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開平０８－３３１０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４１１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２７２１４５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／１４５

Ｈ０１Ｑ ２１／２８

Ｈ０１Ｑ １／５２

Ｈ０１Ｑ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外側を向く法線ベクトルの向きが異なる第１面及び第２面を備えた支持体の前記第１面に設けられた第１アンテナと、
前記支持体の前記第２面に設けられた第２アンテナと、
前記第１アンテナで受信した高周波信号を前記第２アンテナまで伝送させ、前記第２アンテナで受信した高周波信号を前記第１アンテナまで伝送させる伝送線路と
を有し、前記第１アンテナ、前記第２アンテナ、及び前記伝送線路は、前記第１アンテナの指向性と前記第２アンテナの指向性とが異なるように構成されており、
前記第１アンテナから放射される電波の偏波方向と、前記第２アンテナから放射される電波の偏波方向とが平行ではなく、
前記第１アンテナの放射エネルギが最大となる方向と前記第１面の外側を向く法線ベクトルとのなす角度が、前記第２アンテナの放射エネルギが最大となる方向と前記第２面の外側を向く法線ベクトルとのなす角度と異なっている電波中継器。

【請求項2】

前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの一方の指向性が他方の指向性より鋭い請求項１に記載の電波中継器。

【請求項3】

前記第１面の法線方向に平行で、相互に直交する二平面のうち一方の平面内における前記第１アンテナの指向性が他方の平面内における前記第１アンテナの指向性より鋭い請求項１または２に記載の電波中継器。

【請求項4】

前記第１アンテナから放射される電波のＥ面が、前記第２アンテナから放射される電波のＥ面と直交する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電波中継器。

【請求項5】

前記支持体が板状の形状を有し、前記第１面及び前記第２面が前記支持体の相互に反対側を向く２つの面である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電波中継器。

【請求項6】

前記第１面の外側を向く法線ベクトルと、前記第２面の外側を向く法線ベクトルとのなす角度が０度より大きく１８０度未満である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電波中継器。

【請求項7】

建物内の通信機器に接続され、前記建物の中に設置される屋内アンテナと、
前記建物の外に設置され、前記屋内アンテナから放射された電波を受信し、受信した電波を前記建物の外に向けて放射し、または前記建物の外から到来する電波を受信し、受信した電波を前記屋内アンテナに向けて放射する電波中継器と
を有し、
前記電波中継器は、
板状の支持体の一方の面である第１面に設けられた第１アンテナと、
前記支持体の前記第１面とは反対側の第２面に設けられた第２アンテナと、
前記第１アンテナで受信した高周波信号を前記第２アンテナまで伝送させ、前記第２アンテナで受信した高周波信号を前記第１アンテナまで伝送させる伝送線路と
を有し、前記第１アンテナ、前記第２アンテナ、及び前記伝送線路は、前記第１アンテナの指向性と前記第２アンテナの指向性とが異なるように構成されており、前記第１アンテナが前記建物の外から到来する電波の受信、及び前記建物の外への電波の放射を行い、前記第２アンテナが前記屋内アンテナと電波の送受信を行い、
前記第１アンテナから放射される電波の偏波方向と、前記第２アンテナから放射される電波の偏波方向とが平行ではなく、
前記第１アンテナの放射エネルギが最大となる方向と前記第１面の外側を向く法線ベクトルとのなす角度が、前記第２アンテナの放射エネルギが最大となる方向と前記第２面の外側を向く法線ベクトルとのなす角度と異なっている通信システム。

【請求項8】

前記屋内アンテナと前記電波中継器が、それぞれ前記建物の窓ガラスの内側の面及び外側の面に取り付けられており、前記電波中継器の前記第２面と前記屋内アンテナとが前記窓ガラスを挟んで対向している請求項７に記載の通信システム。

【請求項9】

さらに、前記建物の外に設置され、前記電波中継器の前記第１アンテナと電波の送受信を行う無線伝送ノードを有する請求項７または８に記載の通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電波中継器及び通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

衛星放送の電波を受信する共同アンテナをマンション等の共同住宅の屋上に設置し、このアンテナで受信された信号を各戸に分配する共同受信設備が用いられる場合がある。共同アンテナで受信した信号を各戸に分配するミリ波通信システムが下記の特許文献１に記載されている。

【0003】

特許文献１に記載されたミリ波通信システムは、共同住宅の屋上に設置されるミリ波送信機からの電波を、各戸のベランダに設置されるミリ波受信機で受信する。このミリ波受信器を、各戸の室内に配置したチューナに接続する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－３５７１９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されたミリ波通信システムでは、ベランダに設置された受信機と室内に設置されたチューナとを接続するために、外壁にケーブルを通すための穴を開けなければならない。本発明の目的は、外壁に穴を開けることなく、建物内と建物の外との間で信号の送受信を行うことが可能な電波中継器及び通信システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によると、
外側を向く法線ベクトルの向きが異なる第１面及び第２面を備えた支持体の前記第１面に設けられた第１アンテナと、
前記支持体の前記第２面に設けられた第２アンテナと、
前記第１アンテナで受信した高周波信号を前記第２アンテナまで伝送させ、前記第２アンテナで受信した高周波信号を前記第１アンテナまで伝送させる伝送線路と
を有し、前記第１アンテナ、前記第２アンテナ、及び前記伝送線路は、前記第１アンテナの指向性と前記第２アンテナの指向性とが異なるように構成されており、
前記第１アンテナから放射される電波の偏波方向と、前記第２アンテナから放射される電波の偏波方向とが平行ではなく、
前記第１アンテナの放射エネルギが最大となる方向と前記第１面の外側を向く法線ベクトルとのなす角度が、前記第２アンテナの放射エネルギが最大となる方向と前記第２面の外側を向く法線ベクトルとのなす角度と異なっている電波中継器が提供される。

【0007】

本発明の他の観点によると、
建物内の通信機器に接続され、前記建物の中に設置される屋内アンテナと、
前記建物の外に設置され、前記屋内アンテナから放射された電波を受信し、受信した電波を前記建物の外に向けて放射し、または前記建物の外から到来する電波を受信し、受信した電波を前記屋内アンテナに向けて放射する電波中継器と
を有し、
前記電波中継器は、
板状の支持体の一方の面である第１面に設けられた第１アンテナと、
前記支持体の前記第１面とは反対側の第２面に設けられた第２アンテナと、
前記第１アンテナで受信した高周波信号を前記第２アンテナまで伝送させ、前記第２アンテナで受信した高周波信号を前記第１アンテナまで伝送させる伝送線路と
を有し、前記第１アンテナ、前記第２アンテナ、及び前記伝送線路は、前記第１アンテナの指向性と前記第２アンテナの指向性とが異なるように構成されており、前記第１アンテナが前記建物の外から到来する電波の受信、及び前記建物の外への電波の放射を行い、前記第２アンテナが前記屋内アンテナと電波の送受信を行い、
前記第１アンテナから放射される電波の偏波方向と、前記第２アンテナから放射される電波の偏波方向とが平行ではなく、
前記第１アンテナの放射エネルギが最大となる方向と前記第１面の外側を向く法線ベクトルとのなす角度が、前記第２アンテナの放射エネルギが最大となる方向と前記第２面の外側を向く法線ベクトルとのなす角度と異なっている通信システムが提供される。

【発明の効果】

【0008】

建物の外から到来する電波を第１アンテナが受信し、第２アンテナから建物内に向けて電波を放射するように電波中継器を設置すると、建物の外壁に穴を開けることなく、建物の内外で通信を行うことが可能になる。建物の外側を向く第１アンテナの指向性と、建物の内側を向く第２アンテナの指向性とが同一である場合と比べて、電波環境に応じて柔軟に対応することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ第１実施例による電波中継器の斜視図である。

【図2】図２は、第１実施例の第１アンテナのパッチと、第２アンテナのパッチとの接続構成を示す模式図である。

【図3】図３は、第１実施例による通信システムを水平方向から見た概略図である。

【図4】図４は、第１実施例の変形例による通信システムを水平方向から見た概略図である。

【図5】図５Ａは、第２実施例による電波中継器の第１面側から見た斜視図であり、図５Ｂは、第２実施例による電波中継器の第２面側から見た斜視図である。

【図6】図６は、第２実施例による電波中継器の第１アンテナのパッチと第２アンテナのパッチとの接続構成を示す模式図である。

【図7】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ第２実施例による通信システムを水平方向から見た概略図及び上方から見た概略図である。

【図8】図８Ａは、第３実施例による電波中継器の第１面側から見た斜視図であり、図８Ｂは、第３実施例による電波中継器の第２面側から見た斜視図である。

【図9】図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ第３実施例による通信システムを水平方向から見た概略図及び上方から見た概略図である。

【図10】図１０は、第４実施例による電波中継器の第１アンテナのパッチと第２アンテナのパッチとの接続構成を示す模式図である。

【図11】図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ第４実施例による通信システムを水平方向から見た概略図及び上方から見た概略図である。

【図12】図１２は、第５実施例による電波中継器の第１アンテナのパッチと第２アンテナのパッチとの接続構成を示す模式図である。

【図13】図１３は、第６実施例による電波中継器の第１アンテナのパッチと、第２アンテナのパッチとの接続構成を示す模式図である。

【図14】図１４Ａ及び図１４Ｂは、それぞれ第７実施例による電波中継器の平板状の支持体を、第１面２１側及び第２面２２側から見たときの構成要素のレイアウトを示す図であり、図１４Ｃは、第７実施例による電波中継器の断面構造を示す図である。

【図15】図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ第８実施例による電波中継器の斜視図及び平面図である。

【図16】図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ第９実施例による電波中継器の斜視図及び側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［第１実施例］
図１Ａから図３までの図面を参照して、第１実施例による電波中継器及び通信システムについて説明する。

【0011】

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ第１実施例による電波中継器２０の斜視図である。第１実施例による電波中継器２０は、板状の支持体２５、第１アンテナ３１、及び第２アンテナ３２を含む。板状の支持体２５の一方の面である第１面２１に、第１アンテナ３１が設けられており、反対側の第２面２２に、第２アンテナ３２が設けられている。支持体２５には、例えば誘電体基板が用いられる。

【0012】

図１Ａは、第１面２１側から見た電波中継器２０の斜視図であり、図１Ｂは、第２面２２側から見た電波中継器２０の斜視図である。支持体２５の厚さ方向をｚ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。第１面２１及び第２面２２は、共にｘｙ面に平行である。第１面２１から第２面２２に向かう方向をｚ軸の正の向きと定義する。第１面２１の外側を向く法線ベクトルと、第２面２２の外側を向く法線ベクトルとは、相互に反対側を向いている。第１面２１の外側を向く法線ベクトルはｚ軸の負の側を向き、第２面２２の外側を向く法線ベクトルはｚ軸の正の側を向いている。

【0013】

第１アンテナ３１及び第２アンテナ３２は、共にパッチアレイアンテナである。第１アンテナ３１は、ｙ軸方向を行方向としｘ軸方向を列方向とする４行４列の行列状に配置された１６個のパッチ３３を含む。第２アンテナ３２は、ｙ軸方向を行方向としｘ軸方向を列方向とする８行８列の行列状に配置された６４個のパッチ３４を含む。第１アンテナ３１のパッチ３３及び第２アンテナ３２のパッチ３４の共振周波数は等しい。なお、両者の共振周波数を厳密に一致させる必要はなく、両者の共振周波数が多少ずれていても、電波中継器としての十分な特性が得られる。

【0014】

支持体２５の内部に伝送線路が設けられている。この伝送線路は、第１アンテナ３１で受信した高周波信号を第２アンテナ３２まで伝送させ、第２アンテナ３２で受信した高周波信号を第１アンテナ３１まで伝送させる導波路として機能する。この伝送線路には、例えばストリップラインが用いられる。

【0015】

図２は、第１アンテナ３１のパッチ３３と、第２アンテナ３２のパッチ３４との接続構成を示す模式図である。１本の伝送線路４０の一端の分岐点４５からトーナメント表（系統図）形に分岐した複数の伝送線路４１が、それぞれ第１アンテナ３１の複数のパッチ３３の給電点３５に接続されている。同様に、１本の伝送線路４０の他の分岐点４６からトーナメント表（系統図）形に分岐した複数の伝送線路４２が、それぞれ第２アンテナ３２の複数のパッチ３４の給電点３６に接続されている。なお、伝送線路４０の長さをゼロとし、一方の分岐点４５と他方の分岐点４６とを一致させてもよい。

【0016】

第１アンテナ３１の複数のパッチ３３の各々の給電点３５は、パッチ３３の幾何中心からｘ軸の負の方向にずれた位置に配置されている。同様に、第２アンテナ３２の複数のパッチ３４の各々の給電点３６も、パッチ３４の幾何中心からｘ軸の負の方向にずれた位置に配置されている。このため、第１アンテナ３１及び第２アンテナ３２から放射される電波のＥ面がｘ軸に平行になる。

【0017】

第１アンテナ３１の複数のパッチ３３の給電点３５から分岐点４５までの伝送線路４１の線路長は、すべてのパッチ３３において等しい。同様に、第２アンテナ３２の複数のパッチ３４の給電点３６から分岐点４６までの伝送線路４２の線路長は、すべてのパッチ３４において等しい。

【0018】

次に、第１実施例による電波中継器２０の動作について説明する。第１アンテナ３１の複数のパッチ３３の給電点３５から分岐点４５までの伝送線路４１の長さが、すべてのパッチ３３で同一であるため、すべてのパッチ３３は同一の位相で励振される。このため、第１アンテナ３１のメインビームは、支持体２５の第１面２１（図１Ａ）の正面方向（ｚ軸の負の方向）を向く。同様に、第２アンテナ３２のメインビームは、支持体２５の第２面（図１Ｂ）の正面方向（ｚ軸の正の方向）を向く。

【0019】

第１面２１（図１Ａ）の正面方向から到来した電波を第１アンテナ３１が受信すると、受信された高周波信号が伝送線路４１、４０、４２を介して第２アンテナ３２のパッチ３４まで伝送され、複数のパッチ３４が同位相で励振される。その結果、第２アンテナ３２から第２面２２（図１Ｂ）の正面方向に電波が放射される。逆に、第２面２２（図１Ｂ）の正面方向から到来した電波を第２アンテナ３２が受信すると、第１アンテナ３１から第１面２１（図１Ａ）の正面方向に電波が放射される。

【0020】

第２アンテナ３２のパッチ３４が第１アンテナ３１のパッチ３３より多いため、第２アンテナ３２の指向性が第１アンテナ３１の指向性より鋭い。第１アンテナ３１が向く空間においては、通信可能距離として遠い距離をカバーすることができる。第２アンテナ３２が向く空間においては、第２面２２の正面方向に放射する電波の強度を高めるとともに、正面方向から到来する電波の受信感度を高めることができる。このように、第１アンテナ３１の指向性と第２アンテナ３２の指向性とが異なっている。

【0021】

図３は、第１実施例による通信システムの概略断面図である。この通信システムは、電波中継器２０、屋内アンテナ５０及び無線伝送ノード６０を含む。電波中継器２０として、第１実施例による電波中継器２０（図１Ａ、図１Ｂ、及び図２）が用いられる。電波中継器２０は、マンション等の建物５５の外、例えばベランダ５１に、第１アンテナ３１が建物５５の外を向き、第２アンテナ３２が建物５５の中を向く姿勢で設置される。建物５５の中、例えば窓ガラス５６の室内側の面に屋内アンテナ５０が設置されている。電波中継器２０の第２面２２（図１Ｂ）が窓ガラス５６を介して屋内アンテナ５０に対向している。

【0022】

電波中継器２０の第１アンテナ３１、第２アンテナ３２、及び屋内アンテナ５０のそれぞれのメインビーム３１Ａ、３２Ａ、５０Ａのイメージ形状を破線で示す。第２アンテナ３２のメインビーム３２Ａは屋内アンテナ５０の方を向き、屋内アンテナ５０のメインビーム５０Ａは電波中継器２０の方を向く。これにより、第２アンテナ３２と屋内アンテナ５０との間に無線伝送路２６が確立される。屋内アンテナ５０はケーブル５３を介して屋内の通信機器５２に接続されている。

【0023】

建物５５の外に無線伝送ノード６０が設置されている。無線伝送ノード６０の送受信アンテナ６１は、電波中継器２０の第１アンテナ３１の電波送受信可能範囲内に配置されている。これにより、建物５５の外の無線伝送ノード６０と第１アンテナ３１との間に無線伝送路２７が確立される。

【0024】

次に、第１実施例の優れた効果について説明する。
第１実施例では、電波中継器２０と屋内アンテナ５０との間で無線伝送路２６が確立されるため、建物５５の外壁にケーブル通過用の穴を開けることなく、通信機器５２と屋外の無線伝送ノード６０との間で通信を行うことができる。電波中継器２０の第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａが第２アンテナ３２のメインビーム３２Ａより広角である。このため、複数の無線伝送ノード６０が広い範囲に分布している場合にも、複数の無線伝送ノード６０を通信可能範囲内に収めることができる。逆に、第２アンテナ３２の指向性が鋭いため、第２アンテナ３２の利得を高めることができる。

【0025】

また、第１実施例では、第１アンテナ３１及び第２アンテナ３２にパッチアレイアンテナを用いている。パッチアンテナの指向性は正面方向に強く、裏面への電波の漏洩が少ない。このため、第１アンテナ３１と第２アンテナ３２との干渉を抑制することができる。

【0026】

次に、第１実施例の変形例について説明する。
第１実施例では、第１アンテナ３１として４行４列のパッチアレイアンテナを用い、第２アンテナ３２として８行８列のパッチアレイアンテナを用いたが、パッチの配置は４行４列や８行８列に限定されない。例えば、２行２列、３行３列等の配置にしてもよい。ただし、第２アンテナ３２の指向性を第１アンテナ３１の指向性より鋭くするために、第２アンテナ３２のパッチ３４（図１Ｂ）の個数を、第１アンテナ３１のパッチ３３（図１Ａ）の個数より多くすることが好ましい。

【0027】

また、第１実施例では、第１アンテナ３１及び第２アンテナ３２としてパッチアレイアンテナを用いたが、その他のアレイアンテナを用いてもよい。例えば、複数のモノポールアンテナを行列状に配置したアレイアンテナを用いてもよい。

【0028】

図４は、第１実施例の変形例による通信システムの概略断面図である。本変形例においては、屋内アンテナ５０が窓ガラス５６の内側の面に取り付けられており、電波中継器２０の第２面２２（図１Ｂ）が窓ガラス５６の外側の面に対向する姿勢で、電波中継器２０が窓ガラス５６の外側の面に取り付けられている。この状態で、電波中継器２０の第２面２２と屋内アンテナ５０とが窓ガラス５６を挟んで対向している。

【0029】

本変形例においては、電波中継器２０の第２アンテナ３２と屋内アンテナ５０との距離が短いため、第２アンテナ３２と屋内アンテナ５０との間で送受信される電波の減衰を少なくすることができる。

【0030】

［第２実施例］
次に、図５Ａから図７Ｂまでの図面を参照して第２実施例による電波中継器及び通信システムについて説明する。以下、第１実施例による電波中継器２０（図１Ａ、図１Ｂ、図２）及び通信システム（図３）と共通の構成については説明を省略する。

【0031】

図５Ａは、第２実施例による電波中継器２０を第１面２１側から見た斜視図であり、図５Ｂは、第２実施例による電波中継器２０を第２面２２側から見た斜視図である。支持体２５の第１面２１に第１アンテナ３１（図５Ａ）が設けられており、第２面２２に第２アンテナ３２（図５Ｂ）が設けられている。第１実施例では、第１アンテナ３１（図１Ａ）の複数のパッチ３３が４行４列に配置されているが、第２実施例では第１アンテナ３１の複数のパッチ３３が８行４列に配置されている。第２アンテナ３２の構成は、第１実施例による電波中継器２０の第２アンテナ３２（図１Ｂ）の構成と同一である。

【0032】

図６は、第２実施例による電波中継器２０の第１アンテナ３１のパッチ３３と第２アンテナ３２のパッチ３４との接続構成を示す模式図である。図６には、第１アンテナ３１の１列分の８個のパッチ３３と、第２アンテナ３２の１列分の８個のパッチ３４とを示している。第１実施例では、図２に示したように、分岐点４５から第１アンテナ３１の複数のパッチ３３の給電点３５までの伝送線路４１の線路長は複数のパッチ３３において同一である。

【0033】

これに対し、第２実施例では、分岐点４５から第１アンテナ３１の複数のパッチ３３の給電点３５までの伝送線路４１の線路長は、パッチ３３の行ごとに異なっている。例えば、パッチ３３の行がｘ軸の正の側から負の側に１行ずれると、伝送線路４１の線路長がΔＬだけ長くなる。同一行内の複数のパッチ３３については、伝送線路４１の線路長は同一である。分岐点４６から第２アンテナ３２の複数のパッチ３４の給電点３６までの伝送線路４２の線路長は、すべてのパッチ３４について同一である。

【0034】

第２実施例では、第１アンテナ３１の列方向に並ぶ複数のパッチ３３について伝送線路４１の線路長に、上述のように差が設けられているため、第１アンテナ３１から放射される電波の等位相面３８がｘｙ面に対してｘ軸方向に傾斜する。その結果、第１アンテナ３１のメインビームの方向が、正面方向（ｚ軸の負の方向）からｘ軸の負の方向にチルトする。チルト角θ１は、伝送線路４１の線路長の差ΔＬに依存する。第２アンテナ３２のメインビームは、第１実施例の場合と同様に正面方向（ｚ軸の正の方向）を向く。

【0035】

図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ第２実施例による通信システムを水平方向から見た概略図及び上方から見た概略図である。第１実施例の場合と同様に、電波中継器２０が建物５５のベランダ５１に設置されている。電波中継器２０は、ｘ軸の正の方向（パッチ３３（図５Ａ）の列方向）が鉛直上向きの姿勢になるように取り付けられる。

【0036】

第１アンテナ３１の複数のパッチ３３（図５Ａ）は、第１実施例の場合と同様に４列に配置されている。このため、第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａ（図７Ｂ）は水平方向に関して広角である。第１アンテナ３１の複数のパッチ３３（図１Ａ）は、ｘ軸方向には８個配置されている。このため、第１アンテナ３１は垂直方向に関して鋭い指向性を持つ。すなわち、第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａ（図７Ａ）の垂直方向への広がりは狭い。さらに、メインビーム３１Ａは水平方向から下向き（ｘ軸の負の方向）にチルトしている。

【0037】

次に、第２実施例の優れた効果について説明する。
第２実施例においても、第１実施例と同様に、建物５５の外壁に穴を開けることなく屋内の通信機器５２と屋外の無線伝送ノード６０との通信を行うことができる。第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａは、水平方向に関しては第１実施例の場合と同様に広い範囲をカバーすることができる。また、垂直方向に関してメインビーム３１Ａを鋭くしているため、第１実施例の場合よりも第１アンテナ３１の利得を高めることができる。

【0038】

第２実施例による電波中継器２０は、無線伝送ノード６０の送受信アンテナ６１が電波中継器２０より低い位置に設置されているときに有効である。例えば、第２実施例による電波中継器２０は、マンションの高層階のベランダ５１に設置するとよい。

【0039】

［第３実施例］
次に、図８Ａから図９Ｂまでの図面を参照して第３実施例による電波中継器及び通信システムについて説明する。以下、第２実施例による電波中継器２０及び通信システム（図５Ａから図７Ｂまでの図面）と共通の構成については説明を省略する。

【0040】

図８Ａは、第３実施例による電波中継器２０を第１面２１側から見た斜視図であり、図８Ｂは、第３実施例による電波中継器２０を第２面２２側から見た斜視図である。第２実施例では、第１アンテナ３１の複数のパッチ３３（図５Ａ）が８行４列に配置されている。これに対し、第３実施例では、第１アンテナ３１の複数のパッチ３３が８行８列に配置されている。第２アンテナ３２の構成は第２実施例による第２アンテナ３２の構成と同様である。

【0041】

第３実施例では、第１アンテナ３１がｘ軸方向（垂直方向）及びｙ軸方向（水平方向）の両方において鋭い指向性を持つ。第２実施例では、ｘ軸方向に並ぶ複数のパッチ３３（図６）について伝送線路４１の線路長に差を設け、ｙ軸方向に並ぶ複数のパッチ３３（図６）については伝送線路４１の線路長を同一にしている。これに対し、第３実施例では、ｘ軸方向に並ぶ複数のパッチ３３（図６）について伝送線路４１の線路長に差を設け、ｙ軸方向に並ぶ複数のパッチ３３（図６）についても伝送線路４１の線路長に差を設けている。このため、第１アンテナ３１のメインビームが、正面方向からｘ軸方向にチルトするとともに、ｙ軸方向にもチルトする。

【0042】

図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ第３実施例による通信システムを水平方向から見た概略図及び上方から見た概略図である。第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａ及び第２アンテナ３２のメインビーム３２Ａの垂直方向に関する形状は、第２実施例（図７Ａ）の場合と同様である。

【0043】

第３実施例では、水平方向に関しても第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａ（図９Ｂ）が細く絞られている。さらに、メインビーム３１Ａは第１アンテナ３１の正面方向からｙ軸方向にチルトしている。

【0044】

次に、第３実施例の優れた効果について説明する。
第３実施例においても、第２実施例と同様に、建物５５の外壁に穴を開けることなく屋内の通信機器５２と屋外の無線伝送ノード６０との通信を行うことができる。さらに、第３実施例では、第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａが第２実施例の第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａ（図７Ａ、図７Ｂ）よりも細く絞られている。このため、第１アンテナ３１の利得をより高めることができる。

【0045】

第３実施例においては、第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａを、無線伝送ノード６０の送受信アンテナ６１の方を向くように、垂直方向及び水平方向にチルトさせるとよい。例えば、チルト角の異なる複数の電波中継器２０を準備しておき、電波中継器２０の設置位置ごとに最適のチルト角を持つ電波中継器２０を選択するとよい。

【0046】

［第４実施例］
次に、図１０から図１１Ｂまでの図面を参照して第４実施例による電波中継器及び通信システムについて説明する。以下、第２実施例による電波中継器２０（図５Ａ、図５Ｂ、図６）及び通信システム（図７Ａ、図７Ｂ）と共通の構成については説明を省略する。

【0047】

図１０は、第４実施例による電波中継器２０の第１アンテナ３１のパッチ３３と第２アンテナ３２のパッチ３４との接続構成を示す模式図である。第２実施例では、第１アンテナ３１の複数のパッチ３３（図５Ａ）が８行４列に配置されているが、第４実施例では、第１アンテナ３１の複数のパッチ３３が４行４列に配置されている。図１０には、第１アンテナ３１の１列分の４個のパッチ３３と、第２アンテナ３２の１列分の８個のパッチ３４とを示している。

【0048】

分岐点４５から第１アンテナ３１の複数のパッチ３３の給電点３５までの伝送線路４１の線路長は、パッチ３３の行ごとに異なっている。例えば、パッチ３３の行がｘ軸の正の側から負の側に１行ずれると、伝送線路４１の線路長がΔＬだけ長くなる。このため、第１アンテナ３１から放射される電波の等位相面３８がｘｙ面からｘ軸方向に傾斜する。その結果、第１アンテナ３１のメインビームが正面方向からｘ軸の負の方向にチルトする。

【0049】

図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ第４実施例による通信システムを水平方向から見た概略図及び上方から見た概略図である。第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａは、第２アンテナ３２のメインビーム３２Ａよりも広角である。第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａ（図１１Ａ）は、第１アンテナ３１の正面方向から下方（ｘ軸の負の方向）にチルトしている。

【0050】

次に、第４実施例の優れた効果については説明する。
第４実施例では、水平方向に関して第２実施例（図７Ｂ）と同様に、第１アンテナ３１が広い範囲をカバーする。垂直方向に関しては、第１アンテナ３１が、第２実施例（図７Ａ）の場合よりも広い範囲をカバーすることができる。複数の無線伝送ノード６０が垂直方向に分布している場合、第４実施例による電波中継器２０を採用するとよい。

【0051】

［第５実施例］
次に、図１２を参照して第５実施例による電波中継器２０について説明する。以下、第１実施例による電波中継器２０（図１Ａ、図１Ｂ、図２）と共通の構成については説明を省略する。

【0052】

図１２は、第５実施例による電波中継器２０の第１アンテナ３１のパッチ３３と第２アンテナ３２のパッチ３４との接続構成を示す模式図である。第１実施例では、第１アンテナ３１の複数のパッチ３３（図１Ａ）が４行４列に配置されているが、第５実施例では、第１アンテナ３１の複数のパッチ３３（図１Ａ）が８行８列に配置されている。第２アンテナ３２においても同様に、パッチ３４が８行８列に配置されている。図１２には、第１アンテナ３１の１列分の８個のパッチ３３と、第２アンテナ３２の１列分の８個のパッチ３４とを示している。

【0053】

第１実施例では、１本の伝送線路４０（図２）から分岐した複数の伝送線路４１がそれぞれ第１アンテナ３１のパッチ３３に接続され、１本の伝送線路４０（図２）から分岐した複数の伝送線路４２がそれぞれ第２アンテナ３２のパッチ３４に接続されている。これに対し、第５実施例では、第１アンテナ３１のパッチ３３と第２アンテナ３２のパッチ３４とが１対１に対応しており、対応するパッチ３３と３４との組ごとに伝送線路４８が設けられている。すなわち、１本の伝送線路４８が、１つのパッチ３３と１つのパッチ３４とを接続する。

【0054】

伝送線路４８の線路長は、列方向（ｘ軸方向）に関してｘ軸の負の方向に１行ずれるごとに、伝送線路４８の線路長がΔＬだけ長くなっている。同一行内のパッチ３３とパッチ３４との組に関しては、伝送線路４８の線路長は等しい。

【0055】

次に、第５実施例による電波中継器２０の動作について説明する。
第１アンテナ３１に、正面方向に対してｘ軸方向にチルトした方向から電波が到来すると、複数のパッチ３３に高周波電流が発生する。到来電波の等位相面３８を破線で示す。ｘ軸方向に隣り合うパッチ３３に発生する高周波電流には位相差ΔＰ１が生ずる。この位相差ΔＰ１を持つ高周波電流が線路長の異なる伝送線路４８を通って第２アンテナ３２のパッチ３４まで伝送され、第２アンテナ３２のパッチ３４に高周波電流が発生する。

【0056】

第２アンテナ３２のパッチ３４に発生する高周波電流には、第１アンテナ３１の複数のパッチ３３に発生する高周波電流の位相差ΔＰ１に、伝送線路４８の線路長の差ΔＬに依存する位相差が加算または減算された位相差ΔＰ２が発生する。第２アンテナ３２から、この位相差ΔＰ２に基づく方向に電波が放射される。第２アンテナ３２から放射される電波の等位相面３９を破線で示す。第２アンテナ３２に電波が入射する場合にも、同様に、電波の到来方向及び伝送線路４８の線路長の差ΔＬに応じて決まる方向に、第１アンテナ３１から電波が放射される。

【0057】

第１実施例では、第１アンテナ３１のメインビーム３１Ａ及び第２アンテナ３２のメインビーム３２Ａ（図３）の方向が固定されている。これに対し、第５実施例による電波中継器２０は、第１アンテナ３１及び第２アンテナ３２の一方のアンテナへの到来電波の伝搬方向を変化させて、他方のアンテナから電波を放射する。このように、第１アンテナ３１の放射エネルギが最大となる方向と第１面２１の法線とのなす角度が、第２アンテナ３２の放射エネルギが最大となる方向と第２面２２の法線とのなす角度と異なっている。この場合でも、広い意味で、第１アンテナ３１の指向性と第２アンテナ３２の指向性とが異なっているということができる。

【0058】

［第６実施例］
次に、図１３を参照して第６実施例による電波中継器について説明する。以下、第１実施例による電波中継器２０（図１Ａ、図１Ｂ、図２）と共通の構成については説明を省略する。

【0059】

図１３は、第６実施例による電波中継器２０の第１アンテナ３１のパッチ３３と、第２アンテナ３２のパッチ３４との接続構成を示す模式図である。第１実施例では、第１アンテナ３１のパッチ３３の給電点３５（図２）が、パッチ３３の幾何中心からｘ軸方向にずれており、第２アンテナ３２のパッチ３４の給電点３６（図２）も、パッチ３４の幾何中心からｘ軸方向にずれている。このため、第１アンテナ３１から放射される電波のＥ面及び第２アンテナ３２から放射される電波のＥ面は、共にｙ軸に対して垂直である。

【0060】

これに対し、第６実施例においては、第１アンテナ３１のパッチ３３の給電点３５が、パッチ３３の幾何中心からｙ軸方向にずれている。このため、第１アンテナ３１から放射される電波のＥ面はｘ軸に対して垂直である。このため、第１アンテナ３１から放射される電波のＥ面と、第２アンテナ３２から放射される電波のＥ面とが相互に直交する。

【0061】

次に、第６実施例の優れた効果について説明する。
第６実施例では、電波中継器２０に到来する電波のＥ面と電波中継器２０から放射される電波のＥ面とが相互に直交するため、両者の干渉を低減することができる。

【0062】

次に、第６実施例の変形例について説明する。
第６実施例では、第１アンテナ３１から放射される電波のＥ面と、第２アンテナ３２から放射される電波のＥ面とが相互に直交するが、両者が平行にならないような構成としてもよい。また、第１アンテナ３１から放射される電波の偏波方向と、第２アンテナ３２から放射される電波の偏波方向とが平行にならない構成にしてもよい。この構成においても、両者が平行である構成と比べて、到来電波と放射電波との干渉を抑制することができる。

【0063】

［第７実施例］
次に、図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃを参照して第７実施例による電波中継器２０について説明する。以下、第１実施例による電波中継器２０（図１Ａ、図１Ｂ、図２）と共通の構成については説明を省略する。第１実施例では、第１アンテナ３１及び第２アンテナ３２をパッチアレイアンテナで構成しているが、第７実施例では、スロットアレイアンテナで構成している。

【0064】

図１４Ａ及び図１４Ｂは、それぞれ第７実施例による電波中継器２０の平板状の支持体２５を、第１面２１側及び第２面２２側から見たときの構成要素のレイアウトを示す図である。図１４Ｃは、第７実施例による電波中継器２０の断面構造を示す図である。なお、図１４Ｃは、電波中継器２０をある平面で切断した断面図を表しているのではなく、支持体２５の厚さ方向に関する構成要素の位置関係を表している。支持体２５には、例えば金属、樹脂表面に金属メッキした複合材料等を用いることができる。

【0065】

支持体２５の第１面２１に複数の放射スロット７１（図１４Ａ、図１４Ｃ）が設けられている。複数の放射スロット７１は、例えば４行４列の行列状に配置されている。４つの放射スロット７１に対して１つのキャビティ７３が設けられている。キャビティ７３よりも深い位置に導波路７５が設けられている。図１４Ａにおいて、導波路７５にハッチングを付している。導波路７５は中心の結合アパーチャ７９からトーナメント表（系統図）形に分岐し、結合アパーチャ７７を介してキャビティ７３に結合している。

【0066】

支持体２５の第２面２２に複数の放射スロット７２（図１４Ｂ、図１４Ｃ）が設けられている。複数の放射スロット７２は、例えば８行８列の行列状に配置されている。４つの放射スロット７２に対して１つのキャビティ７４が設けられている。キャビティ７４よりも深い位置に導波路７６が設けられている。図１４Ｂにおいて、導波路７６にハッチングを付している。導波路７６は中心の結合アパーチャ７９からトーナメント表（系統図）形に分岐し、結合アパーチャ７８を介してキャビティ７４に結合している。

【0067】

放射スロット７１、７２が、それぞれ第１実施例のパッチ３３、３４（図２）に対応する。複数の放射スロット７１により第１アンテナ３１が構成され、複数の放射スロット７２により第２アンテナ３２が構成される。キャビティ７３、導波路７５、及び結合アパーチャ７７が、第１実施例の伝送線路４１（図２）に対応する。キャビティ７４、導波路７６、及び結合アパーチャ７８が、第１実施例の伝送線路４２（図２）に対応する。中心の結合アパーチャ７９が、第１実施例の伝送線路４０（図２）に対応する。このように、第７実施例では、第１アンテナ３１と第２アンテナ３２とを接続する伝送線路として導波路が用いられる。

【0068】

第７実施例においても、第１実施例と同様に、第１アンテナ３１の指向性と第２アンテナ３２の指向性とが異なっている。このため、第１実施例と同様の優れた効果が得られる。

【0069】

［第８実施例］
次に、図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して第８実施例による電波中継器２０について説明する。以下、第１実施例による電波中継器２０（図１Ａ、図１Ｂ、図２）と共通の構成については説明を省略する。

【0070】

図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ第８実施例による電波中継器２０の斜視図及び平面図である。図１５Ｂにおいて伝送線路４９を模式的に示している。第１実施例では、電波中継器２０の支持体２５（図１Ａ、図１Ｂ）が板状の形状を有している。これに対して第８実施例では、支持体２５が三角柱状の形状を有している。支持体２５の３つの側面のうち１つが第１面２１に相当し、他の１つの側面が第２面２２に相当する。第１面２１の外側を向く法線ベクトルと第２面２２の外側を向く法線ベクトルとのなす角度は０度より大きく１８０度より小さい。

【0071】

第１面２１に第１アンテナ３１の複数のパッチ３３が配置されており、第２面２２に第２アンテナ３２の複数のパッチ３４が配置されている。支持体２５の中に伝送線路４９が設けられている。伝送線路４９は、第１アンテナ３１の複数のパッチ３３と、第２アンテナ３２の複数のパッチ３４とを接続する。伝送線路４９による接続形態として、第１実施例による電波中継器２０の伝送線路４０、４１（図２）の接続形態と同一の接続形態が採用される。このため、第１アンテナ３１のメインビームは第１面２１の法線方向を向き、第２アンテナ３２のメインビームは第２面２２の法線方向を向く。

【0072】

次に、第８実施例の優れた効果について説明する。
第８実施例においても、第１実施例の場合と同様に、第１アンテナ３１で受信した電波を第２アンテナ３２から放射させ、その逆に第２アンテナ３２で受信した電波を第１アンテナ３１から放射させることができる。また、第２アンテナ３２の指向性が第１アンテナ３１の指向性より鋭くなるという効果が得られる。第１実施例では、第１面２１の外側を向く法線ベクトルと第２面２２の外側を向く法線ベクトルとが相互に反対方向を向いているため、中継される電波の伝搬方向は変化しない。これに対して第８実施例では、第１面２１の外側を向く法線ベクトルと第２面２２の外側を向く法線ベクトルとのなす角度が１８０度未満であるため、中継される電波の伝搬方向を変化させることができる。

【0073】

次に、第８実施例の変形例について説明する。
第８実施例では、支持体２５の形状を三角柱としているが、他の形状としてもよい。例えば中空の三角筒としてもよく、四角柱以上の多角柱または多角筒としてもよい。さらに、外側を向く法線ベクトルのなす角度が０度より大きく１８０度未満の第１面２１及び第２面２２を持つ不定形の形状としてもよい。

【0074】

また、第８実施例では、伝送線路４９による接続形態を第１実施例（図２）の場合と同様にしているが、伝送線路４９による接続形態として、第２実施例（図６）、第４実施例（図１０）、第５実施例（図１２）のいずれかの実施例の接続形態を採用してもよい。

【0075】

［第９実施例］
次に、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して第９実施例による電波中継器２０について説明する。以下、第１実施例による電波中継器２０（図１Ａ、図１Ｂ）と共通の構成については説明を省略する。

【0076】

図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ第９実施例による電波中継器２０の斜視図及び側面図である。図１６Ｂにおいて、伝送線路４９を模式的に示している。第１実施例では、１枚の板状の支持体２５の第１面２１に第１アンテナ３１が設けられ、反対側の第２面２２に第２アンテナ３２が設けられている。これに対して第９実施例では、支持体２５Ａの第１面２１に第１アンテナ３１の複数のパッチ３３が設けられており、支持体２５Ａとは異なる支持体２５Ｂの第２面２２に、第２アンテナ３２の複数のパッチ３４が設けられている。支持体２５Ａの第１面２１の外側を向く法線ベクトルと、支持体２５Ｂの第２面２２の外側を向く法線ベクトルとのなす角度が９０度である。

【0077】

第１アンテナ３１の複数のパッチ３３と第２アンテナ３２の複数のパッチ３４とは、その個数及び配置が異なっている。

【0078】

支持体２５Ａと支持体２５Ｂとが、フレキシブル基板２８によって接続されている。第１アンテナ３１の複数のパッチ３３と第２アンテナ３２の複数のパッチ３４とが、フレキシブル基板２８に設けられた伝送線路４９によって接続されている。伝送線路４９による接続形態は、第１実施例による電波中継器２０の場合と同様である。

【0079】

第１アンテナ３１のメインビームは第１面２１の法線方向を向き、第２アンテナ３２のメインビームは第２面２２の法線方向を向く。すなわち、両者のメインビームの向く方向は、直角に交差する。

【0080】

次に、第９実施例の優れた効果について説明する。
第９実施例による電波中継器２０においては、第１アンテナ３１で受信した電波を偏向させて第２アンテナ３２から放射させ、その逆に第２アンテナ３２で受信した電波を偏向させて第１アンテナ３１から放射させることができる。偏向角は直角である。また、指向特性が相対的に広角の方のアンテナにより、広い範囲に分布している送受信ノードと電波の送受信を行うことができる。また、指向特性が相対的に鋭い方のアンテナにより、高い利得を実現することができる。

【0081】

次に、第９実施例の変形例について説明する。
第９実施例では、第１面２１の外側を向く法線ベクトルと第２面２２の外側を向く法線ベクトルとのなす角度が直角であるが、両者のなす角度をその他の角度にしてもよい。また、第９実施例では、第１アンテナ３１及び第２アンテナ３２をパッチアレイアンテナで構成しているが、第７実施例（図１４Ａ、図１４Ｂ）のようにスロットアレイアンテナで構成してもよい。この場合には、フレキシブル基板２８に代えて導波管で支持体２５Ａと２５Ｂとを接続すればよい。

【0082】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0083】

２０ 電波中継器
２１ 第１面
２２ 第２面
２５、２５Ａ、２５Ｂ 支持体
２６、２７ 無線伝送路
２８ フレキシブル基板
３１ 第１アンテナ
３１Ａ 第１アンテナのメインビーム
３２ 第２アンテナ
３２Ａ 第２アンテナのメインビーム
３３ 第１アンテナのパッチ
３４ 第２アンテナのパッチ
３５、３６ 給電点
３８、３９ 等位相面
４０、４１、４２ 伝送線路
４５、４６ 分岐点
４８、４９ 伝送線路
５０ 屋内アンテナ
５０Ａ 屋内アンテナのメインビーム
５１ ベランダ
５２ 通信機器
５３ ケーブル
５５ 建物
５６ 窓ガラス
６０ 無線伝送ノード
６１ 送受信アンテナ
７１、７２ 放射スロット
７３、７４ キャビティ
７５、７６ 導波路
７７、７８、７９ 結合アパーチャ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】